重油加氢技术特点和发展趋势

113重油加氢技术特点和发展趋势卜蔚达（中国石油大学（北京）化学科学与工程学院，北京 102249）摘要：本文针对重油加氢技术的重要性和应用情况，从工艺和催化剂角度分别介绍了固定床、悬浮床、沸腾床、移动床加氢技术的特点和发展现状，通过对四个工艺优缺点的分析提出了重油加氢的研究方向和发展趋势。

关键词：重油加氢；固定床；悬浮床；沸腾床引言随着原油的变重、变稠以及轻质油品的需求量不断增大，重油加工成为现代炼厂面临的主要问题。

目前重油加工主要有延迟焦化、减粘裂化、重油催化裂化和重油加氢4个工艺过程[1]。

延迟焦化和减粘裂化属于热加工过程，其特点是可以处理各种渣油，但是液体产物的质量差、焦炭产率高。

重油催化裂化对原料的要求较高，无法处理劣质的渣油。

重油加氢一方面可以处理高硫、高残炭、高金属的劣质渣油，另一方面可以提高液收率和液体产物的质量。

同时可以和其它工艺进行组合，特别是重油加氢和催化裂化组合工艺。

我国在重油加氢方面和国外存在着较大的差距，但是随着国内环保机制的日益严格化，对油品的质量提出了更高的要求，提高重油加氢技术显得尤为迫切。

1 重油加氢技术1.1 固定床加氢技术固定床渣油加氢技术的应用最为广泛，工业化过程也最多。

我国引进和自行设计开发的渣油固定床加氢工艺如下[2，3]：1.1.1 VRDS工艺我国第一套渣油固定床加氢工艺，于20世纪90年代初由齐鲁石油化工公司从美国Chevoron公司引进。

最初的设计以孤岛减压渣油为原料，以生产低硫燃料油为目的，后来发展成VRDS-RFCC组合工艺，即减压渣油经固定床加氢处理后给重油催化裂化提供原料。

采用组合工艺后，其渣油能够全部转化，加工深度高，轻质油收率高。

1.1.2 ARDS工艺我国从UOP公司引进的中东含硫原油常压渣油加氢脱硫装置。

对常压渣油进行加氢脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭等使加氢后的重馏分可在催化裂化等装置中进一步轻质化。

1.1.3 S-RHT工艺茂名石油化工公司渣油固定床加氢脱硫装置是我国自行设计开发的固定床加氢处理技术，洛阳石油化工工程公司承担此项目的工程开发、工程设计，设计原料为中东含硫原油的减压渣油及部分减压蜡油混合料，主要产品为少量石脑油、柴油和大量的脱硫改质催化裂化进料。

固定床重油加氢的优点是工艺成熟，产品收率高，精致深度高，脱硫率可以达到90%[4]以上，工艺和设备结构简单，易操作。

缺点是无法及时更新催化剂，在处理高金属和高沥青质、高胶质含量的原料时，催化剂减活和结焦较快，床层也易被焦炭和金属有机物堵塞。

只能加工金属<200μg/g，残炭<15%的渣油[4]，因此对原料的适应性较差。

固定床反应器是非等温反应器，对于放热的加氢反应容易产生飞温现象。

另外，固定床加氢工艺单程转化率低(20%-50%)[4]，需要有较大的重油催化裂化、柴油加氢精制装置进行配套，产品中柴汽比较低。

1.2 悬浮床加氢技术我国悬浮床加氢工艺还处于研究和开发阶段，目前主要有两种工艺过程，即[1]。

1.2.1 FRIPP的悬浮床工艺该工艺采用空筒式反应器和高活性水溶性多金属分散催化剂、现场乳化分散、硫化剂直接加入到原料中，在加热过程中催化剂进行预硫化的方式操作，催化剂具有较强的抑焦功能，可实现长周期连续运转。

催化剂水溶液被乳化分散在原料油中直接通过反应器，流程简单、操作方便，克服了早期的悬浮床工艺尾油中含有大量固体颗粒从而难以2010年第3期2010年3月化学工程与装备Chemical Engineering & Equipment114 卜蔚达：重油加氢技术特点和发展趋势处理的问题。

该工艺适于处理金属和残炭较高的劣质渣油。

该工艺对环境友好，既无废催化剂排出，尾油可以直接调入沥青中或作为焦化装置进料。

1.2.2 中国石油大学的悬浮床工艺中国石油大学开发的新型重油悬浮床加氢工艺目前已完成1800t/a的中试，将进行万吨级的工业示范装置建设。

该工艺解决了低硫石油焦和高硫石油焦的加工问题，特别适宜于处理高氮、高金属、高粘度、高残炭的常减压渣油。

该工艺的工艺条件为氢分压8-12 MPa，反应温度430-460℃，采用尾油以及蜡油循环裂化方法使不同原料油的转化率达到80%-96%。

该工艺采用高度分散的(微米和纳米级) 多金属液体催化剂、独特的催化剂分散和低温硫化技术、蜡油或尾油的循环裂化、全混式裂化反应器等技术。

悬浮床加氢工艺的优点是它对所处理原料的杂质含量基本没有限制，可处理高硫、高残炭、高粘度、高金属、高沥青质等各种劣质重渣油。

反应器结构简单，内部为空桶，没有床层，不存在反应床层堵塞和压降问题，也不存在反应器超温现象，还由于催化剂一次性通过，不存在失活问题，所以悬浮床加氢装置操作弹性大、开工周期长。

另外，悬浮床反应器是等温反应器，有利于加氢反应。

缺点是处理后的产品(脱硫率仅为60%-70%)[4]还需进行二次加工处理，此外，加氢尾油的金属含量和残炭值很高，二次加工性能很差。

而且，由于原料质量非常差，导致反应器、循环管路、泵等容易产生结焦。

最后，悬浮床加氢工艺进行大规模工业化需要进一步解决反应器及相关工程放大方面的技术难题。

1.3 沸腾床加氢技术沸腾床渣油加氢裂化工艺主要包括H-Oil和LC-Fining[5，6，7]。

Husky公司在加拿大建成投产H-Oil 法/延迟焦化装置，加工Uoydminster渣油，运转情况良好。

Amoco公司在得克萨斯城炼油厂增设ROSE装置，加工LC-Fining装置渣油，该联合装置使渣油总转化率由65%-75%提高到90 %以上。

我国抚顺石油化工研究院（FRIPP）早在20世纪60-70年代就从事渣油沸腾床加氢工艺和催化剂的研究开发工作，开发了以带有三相分离器的沸腾床反应器为技术核心的FRET技术。

沸腾床加氢工艺在油砂沥青和重质原油改质厂有着广泛的应用。

沸腾床加氢的优点是反应器的催化剂床层处于一种运动状态，有利于加氢反应的进行。

新鲜催化剂可自由加入而平衡催化剂可方便抽出，从而使催化剂始终处于较高的活性水平。

原料加工范围广，可以加氢处理世界上各种重质原油的渣油(重金属>400μg/g，残炭=40%)、极劣质的原油、油砂沥青油、页岩油甚至溶剂精制煤浆。

在高产率下还能获得高质量产品，操作灵活，安全成熟等。

但是其反应器的结构较复杂，反应器体积的有效利用率低，沸腾状态的催化剂存在一定程度的磨损，消耗大等。

1.4 移动床加氢技术移动床渣油加氢工艺，主要有雪夫隆(Chevron)公司的催化剂在线置换工艺(OCR)和壳牌公司(Shell)的储仓式加氢工艺(HYCON)[4，8]。

HYCON工艺是目前比较先进的移动床加氢裂化技术，1988年底实现工业化，但不久料仓式反应器出现一些问题，经过改造于1992年11月重新开工，到1993年6月已顺利运转3000多小时，以阿拉伯重减压渣油为原料时，转化率为66%-68%，脱金属率和脱硫率分别为95%及92%。

目前该技术有待进一步完善，正在开发第2代HYCON技术。

移动床加氢工艺的优点是能够加工劣质原料(重金属>400μg/g，残炭=20%)并且延长催化剂的寿命。

可实现催化剂的在线加入和排出，催化剂利用率高，装置运转周期长。

缺点是反应器的结构复杂，操作难度大，催化剂的连续加入和引出难以实现，其细小颗粒会进入后续的固定床反应器内，造成床层压降上升，而且投资高，研究很少。

2 重油加氢催化剂重油加氢处理技术的关键是配套的催化剂，渣油是原油中组分最复杂的部分，其中含有较多的金属、硫、氮及其它非理想组分。

在加氢处理的过程中，仅仅使用一种催化剂难以有效地脱除渣油中的各类杂质，国内外的渣油处理催化剂多种多样，适应了不同的原料状况和产品要求。

我国固定床加氢工艺采用的催化剂都是国内FRIPP开发的渣油加氢系列催化剂。

催化剂采用级配装填技术，在反应系统的不同位置分别单独或混合装填颗粒大小或颗粒形状以及催化剂功能不同的催化剂。

主要有保护剂、脱金属剂、脱硫剂、脱氮剂等[9]。

悬浮床加氢反应的催化剂一般分为均相催化剂和非均相催化剂[4]。

均相催化剂主要是固定粉末催化剂虽然固体粉末催化剂的应用很广泛，但容易对设备进行腐蚀，而且尾油中固体颗粒的处理、固体颗粒的分离成为难点。

均相催化剂分为油溶性催化剂和水溶性催化剂，其分散性好，颗粒度小，115卜蔚达：重油加氢技术特点和发展趋势比表面积高，催化活性高，加入量少，具有较好的催化选择性。

沸腾床加氢工艺使用的催化剂通常为直径0.8mm的挤压物，活性金属组分为镍和钼[7]。

第二代和第三代新催化剂已开发成功，使用新催化剂能使装置的操作性能得到较大改进，特别是脱硫、脱残炭和产品的安定性，能在渣油转化率高达80 v%-85 v%的情况下生产稳定的低硫燃料油。

3 重油加氢技术发展趋势重油加氢技术的发展主要在于针对固定床、悬浮床和沸腾床加氢技术缺点的改进以及组合工艺的开发应用上。

固定床加氢技术的发展主要在工艺上的改造，例如降低装置床层空速，改造分配器，优化催化剂级配及装填技术等[10]。

悬浮床加氢技术有待从几个方面突破。

首先针对结焦问题，发展抑焦性能好的水溶性催化剂可以显著降低生焦量。

其次对于难以加工的高金属，高残炭加氢尾油可以采用连续式溶剂脱沥青方法除去其中的重胶质和沥青质[11]，尾油中较轻的部分可以作裂解原料生产乙烯，较重的部分可以生产润滑油基础油和食品蜡[12]。

也可以采用尾油循环，不仅提高渣油悬浮床加氢转化深度，有利于增加液体产品转化率并减少难以处理的尾油数量。

最后，对大规模工业化还需要进一步研究。

沸腾床加氢技术在开发、研究新催化剂，提高转化率和未转化渣油的出路，提高硫、残炭、金属、氮的脱除率，提高加工能力，降低装置投资和操作费用方面都有很大的发展空间。

移动床反应器由于存在结构复杂，操作难度大，投资高等问题，暂不作为重油加氢工艺的有效手段。

由于渣油组成极其复杂，以目前任何一种重油加氢技术很难同时达到高的转换率和良好的产品质量。

正因为如此，组合工艺成为重油加氢另一条发展途径。

最常见的是重油加氢-催化裂化组合工艺，其轻油收率和液收率高，投资省，回报大。

除此之外根据原料的性质还可以发展重油加氢-延迟焦化-催化裂化，延迟焦化-加氢裂化，溶剂脱沥青-固定床加氢，悬浮床-固定床加氢等组合工艺以及沸腾床和加氢处理一体化反应装置等。

4 结束语重油的高效加工和利用成为各大炼厂面临的巨大挑战。

目前，我国对重油的加工主要依赖于催化裂化，而在重油加氢方面相比国外存在较大的差距。

面临着原油质量变差和环保要求的双重压力，重油加氢在炼油中的比重必须得到大幅度提高。

对于在国内已经实现工业化的固定床加氢技术，应该根据原料的性质在技术上对其装置不断改进。

对于目前正处于研究中的悬浮床加氢技术，应该把重点放在结焦和工业放大问题的解决上，尽快实现工业化。